Głównymi źródłami metali ciężkich w środowisku są zakłady

Głównymi źródłami metali ciężkich w środowisku są zakłady górnicze i hutnicze,
przemysł rafineryjny i chemiczny, odpady działalności przemysłowej i komunalnej, transport
oraz stosowane w rolnictwie nawozy i pestycydy. Spośród wszystkich metali ciężkich za
najbardziej niebezpieczne uważane są Cd, Cu, Pb, Hg, Ni i Zn. O potencjalnej toksyczności
tych pierwiastków decyduje postać, w jakiej występują w środowisku, ich mobilność oraz
stężenie i dostępność dla organizmów żywych. Biodostępność metali w glebie zmienia się
dynamicznie i zależy od różnych czynników fizykochemicznych, biologicznych i
środowiskowych. Jedną z atrakcyjnych metod ograniczania biodostępności i toksyczności
metali ciężkich w glebie jest fitostabilizacja wspomagana. Polega ona na chemicznej
stabilizacji metali z zastosowaniem różnych nieorganicznych i organicznych dodatków
doglebowych w połączeniu z odpowiednio dobranymi gatunkami roślin. Celem tej strategii
jest nie tylko redukcja stężeń metali ciężkich, ale także przywrócenie odpowiedniej jakości
gleby.
Celem pracy było zbadanie przydatności kompostu zielonego (KZ), wytłoków z
procesu wodnej ekstrakcji kawy zbożowej (WK), odpadu pofermentacyjnego (OP) oraz
bentonitu sodowego (BS) jako stabilizatorów metali ciężkich w glebie o wysokim stopniu
zanieczyszczenia Zn, Pb i Cd w warunkach ex situ fitostabilizacji wspomaganej. Jednocześnie
oceniano wpływ tych materiałów na liczebność i aktywność mikroflory gleby oraz jej
różnorodność funkcjonalną i strukturalną. Dodatkowo badano poziom akumulacji metali
ciężkich w tkankach trawy Festuca arundinacea Schreb. odmiana Asterix.
Pierwszy etap badań w skali laboratoryjnej polegał na ustaleniu optymalnej dawki
wybranych dodatków doglebowych w immobilizacji metali ciężkich w glebie. W tym celu
wszystkie materiały wprowadzono oddzielnie do gleby w trzech stężeniach: 5, 10 i 15%
(w/w) i inkubowano przez okres 6 tygodni. Oznaczone po tym czasie stężenia biodostępnych
frakcji Zn, Pb i Cd w roztworze glebowym wykazały, że zmniejszały się one wraz ze
wzrostem aplikowanego stężenia materiału doglebowego. Ze względu na to, że wprowadzenie
każdego materiału do gleby w stężeniu 15% nie miało istotnego statystycznie wpływu na
zdolność wiązania biodostępnego Zn, Pb i Cd w stosunku do stężenia 10%, za optymalną
dawkę uznano stężenie 10%. Biodostępne frakcje Zn, Pb i Cd z największą efektywnością
były unieruchamiane w glebie z dodatkiem BS, a z najmniejszą w obecności OP. Natomiast,
w glebach stabilizowanych KZ i WK liczebność bakterii, promieniowców i grzybów,
aktywność enzymatyczna gleby oraz aktywność metaboliczna mikroorganizmów były
większe niż w glebie z dodatkiem BS. Badania laboratoryjne wykazały, że BS okazał się
dobrym stabilizatorem, ale nie wpływał istotnie na poprawę aktywności biologicznej gleby.
Drugi etap badań polegał na ocenie wpływu KZ, WK i BS wprowadzonych do gleby
w stężeniu 10% na biodostępność metali ciężkich Zn, Pb i Cd w warunkach ex situ
fitostabilizacji wspomaganej. W roli fitostabilizatora wykorzystano pospolicie występującą w
Polsce trawę kostrzewę trzcinową (Festuca arundinacea Schreb. odmiana Asterix). Ze
względu na zanieczyszczenie OP cynkiem i wysokie stężenia frakcji biodostępnej nie tylko
Zn, ale także Cd w glebie stabilizowanej tym dodatkiem po fazie chemicznej stabilizacji,
zrezygnowano z wykorzystania tego materiału w badaniach polowych. Spośród wszystkich
dodatków doglebowych najlepszym stabilizatorem wiążącym Zn, Pb i Cd w glebie okazał się
bentonit (BS). Po 14 miesiącach stężenia metali w glebie były o 90%, 86% i 49% kolejno dla
Zn, Cd i Pb niższe w porównaniu z ich stężeniami w glebie kontrolnej (GK). W
eksperymencie polowym aplikacja KZ i WK do gleby także potwierdziła aktywny udział tych
materiałów w długoterminowym stabilizowaniu Zn i Cd, natomiast nie sprawdziły się one w
wiązaniu Pb. Po 14 miesiącach stężenie Zn w glebach z dodatkiem KZ i WK zmniejszyło się
7,8 - 9,5-krotnie w porównaniu ze stężeniem wyjściowym, natomiast biodostępny Cd został
związany w tych glebach w 70 - 72%. Jednocześnie stwierdzono, że w glebach
stabilizowanych KZ i WK nastąpił w czasie trwania eksperymentu największy, bo o 28%,
wzrost liczebności bakterii i odpowiednio o 18,9% i 26,5% wzrost liczby promieniowców. Z
kolei największy przyrost liczebności grzybów (o 16,9%) był w tym czasie w glebie
stabilizowanej WK, a najmniejszy (o 3,5%) w glebie z dodatkiem BS. W dniu zakończenia
eksperymentu w glebie wzbogaconej w WK stwierdzono także prawie 70-krotny wzrost
aktywności dehydrogenaz i 6-krotny wzrost aktywności ureazy w stosunku do ich aktywności
początkowych. Aplikacja materiałów do gleby i uprawa trawy miały także znaczący wpływ na
aktywności obu fosfataz. Aktywność fosfatazy kwaśnej w tym czasie wzrosła prawie 3,5krotnie w glebie z dodatkiem BS i 2-krotnie w glebach stabilizowanych KZ i WK, a fosfatazy
zasadowej około 2,5-krotnie w glebach stabilizowanych WK i BS. Uzyskane wyniki z analizy
BIOLOG® wykazały, że największy wzrost aktywności metabolicznej, różnorodności
funkcjonalnej i bogactwa metabolicznego mikroorganizmów nastąpił w glebie z dodatkiem
KZ. Na podstawie analizy profili PLFAs stwierdzono, że aplikacja KZ, WK i BS do gleby
miała istotny statystycznie wpływ na skład fosfolipidowych kwasów tłuszczowych (PLFAs),
różnicujących gleby stabilizowane od gleb kontrolnych. Najwyższą biomasę całkowitą
mikroorganizmów i ich bioróżnorodność strukturalną stwierdzono w glebach z dodatkiem KZ
i WK. W czasie badań w warunkach ex situ obserwowano stopniowy wzrost wskaźnika MW i
indeksu SQI dla wszystkich gleb z dodatkami. W obrębie gleb stabilizowanych największą
żyznością i jakością po zakończeniu eksperymentu odznaczały się gleby z dodatkiem WK i
KZ. Największą biomasę roślin uzyskano po II pokosie trawy z gleby stabilizowanej WK, a
najmniejszą z gleby wzbogaconej w BS oraz gleby kontrolnej. Z pomiarów stężeń metali
ciężkich w tkankach roślin wynika, że trawa F. arundinacea miała zdolność kumulowania
większych stężeń metali ciężkich w korzeniach niż w częściach nadziemnych. Po I i II
pokosie trawy najwyższe stężenia Zn, Pb i Cd oznaczono zarówno w korzeniach, jak i
częściach nadziemnych roślin uzyskanych z gleby wzbogaconej w BS, natomiast najniższą
zawartość tych metali stwierdzono w częściach nadziemnych roślin rosnących w glebie
stabilizowanej WK.
W podsumowaniu można stwierdzić, że wszystkie dodatki doglebowe miały istotny
wpływ na redukcję biodostępności metali ciężkich w badanej glebie. Największe zmiany
zarówno w liczebności oznaczanych grup mikrobiologicznych, aktywności enzymów
glebowych, jak i aktywności metabolicznej mikroorganizmów nastąpiły po wprowadzeniu do
gleby kompostu oraz wytłoków. W obecności tych materiałów obserwowano również
bujniejszy wzrost trawy oraz poprawę jakości i żyzności gleby. Jednocześnie stwierdzono
większą akumulację metali ciężkich w korzeniach trawy niż w jej częściach nadziemnych, co
świadczy o tym , że wybrana do badań trawa była dobrym stabilizatorem. Na podstawie tych
badań kompost i wytłoki w porównaniu z bentonitem okazały się bardziej uniwersalnymi
materiałami zarówno w ograniczeniu mobilności metali ciężkich w glebie, jak i w
przywróceniu jej odpowiedniej jakości i aktywności biologicznej.